一种Cu-PNs纳米复合材料及其制备方法与流程

本申请涉及纳米复合材料，尤其涉及一种cu-pns纳米复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、航空航天和武器装备技术的飞速发展，推进运载工具扮演着举足轻重的作用，例如，将卫星、太空空间站、宇宙飞船和探测器等送入太空的运载火箭以及实现超远程精准打击的鱼雷和巡航导弹等均需要推进运载工具而实现，固体推进剂作为运载工具发动机的动力源，重要性不言而喻。高氯酸铵（ap）是复合固体推进剂的主要组成部分，其热分解特性直接影响推进剂的燃烧性能，燃烧性能是评价推进剂性能的主要指标，决定着推进剂的能量释放率、效率和稳定性。

2、固体推进剂的燃烧过程是一个复杂的传质传热过程其燃速主要取决于氧化剂和可燃物的接触面积以及燃烧催化剂的催化效果。以纳米催化剂调节推进剂燃烧性能已成为研究的热点。目前研究较多的是通过添加纳米催化剂来催化推进剂中含能材料的热分解以此来预估催化剂对推进剂燃烧性能的影响。研究表明，纳米级金属纳米粒子或者金属氧化物粒子对ap复合固体推进剂的热分解均表现出良好的催化效果。但纳米催化剂由于表面能大、易团聚、造成在推进剂中分散不均匀，从而降低了其催化效率。因此，解决纳米粒子之间的团聚及在推进剂中的均匀分散是本领域的核心关键技术。

3、目前，解决上述问题的方法主要是通过具有较大比表面积的纳米材料与金属纳米粒子或者金属氧化物纳米粒子的复合制备纳米复合材料，以抑制纳米粒子的团聚。现有技术中，已有报道的有石墨烯等碳材料与金属纳米粒子或者金属氧化物纳米粒子复合，其比表面积较高，能够克服纳米粒子团聚的问题。此外，现有技术中也存在采用其它材料与金属纳米粒子或者金属氧化物纳米粒子复合的报道。

4、目前，该技术属于本领域的研究热点，在现有技术的基础上，如何开发出催化效率更高的纳米复合材料，对于本领域有极为重大的意义。

技术实现思路

1、为了解决上述至少一种技术问题，开发一种制备产率较高，制备的纳米材料粒径的大小、形态易于控制，同时催化效率较高的纳米复合材料，本申请提供一种cu-pns纳米复合材料及其制备方法。

2、一方面，本申请提供了一种cu-pns纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、制备黑鳞烯分散液；

4、s2、将铜盐、尿素和溶剂，与步骤s1制得的黑磷烯分散液混合，加热反应，得到反应产物；

5、s3、将步骤s2得到的反应产物，在保护气氛下煅烧，制得cu-pns纳米复合材料。

6、通过采用上述技术方案，本申请设计了一种cu-pns纳米复合材料的制备方法，采用黑鳞烯分散液、铜盐、尿素和溶剂为原料，通过简单的加热反应和煅烧处理，制得了cu-pns纳米复合材料，制备时物相的形成、粒径的大小、形态均可以控制，且制得的cu-pns纳米复合材料催化活性较高；本申请的制备方法，使用的处理、加热和煅烧设备较为常规，不需要使用昂贵设备，制备成本低，工艺绿色环保，制备产率也相对较高。

7、可选的，所述步骤s1，包括以下步骤：将黑鳞烯和无水醇溶剂混合，超声处理至黑鳞烯充分分散，制得黑鳞烯分散液。

8、可选的，所述混合液中黑磷烯的浓度为1.0~10mg/ml。

9、可选的，所述步骤s2中，所述铜盐、尿素、溶剂和黑磷烯分散液的投料比为0.1~5g：0.1~5g：5~50ml：5~50ml。

10、可选的，所述步骤s2中，所述溶剂包含异丙醇，甲醇，乙醇，乙二醇和聚乙二醇中的一种或几种。

11、可选的，所述步骤s2中，所述铜盐选自cu（no3）2的水合物、cu（ch3coo）2的水合物和cucl2的水合物中的一种或几种。

12、可选的，所述步骤s2中，所述加热反应的温度为100~300℃，加热反应的时间为2~10h。

13、进一步可选的，所述步骤s2中，所述加热反应的温度为120~200℃，加热反应的时间为3~9h。

14、更进一步可选的，所述步骤s2中，所述加热反应的温度为180℃，加热反应的时间为4~8h。

15、可选的，所述步骤s3中，所述煅烧的温度为200~600℃，煅烧的时间为60~400min。

16、进一步可选的，所述步骤s3中，所述煅烧的温度为300~500℃，煅烧的时间为100~350min。

17、更进一步可选的，所述步骤s3中，所述煅烧的温度为500℃，煅烧的时间为120min。

18、第二方面，本申请还提供了一种cu-pns纳米复合材料，所述cu-pns纳米复合材料中，cu和pns的质量比为0.001~：0.5：1~100，所述cu-pns纳米复合材料的比表面积为30m2/g以上。

19、本申请的cu-pns纳米复合材料，优选采用本申请的cu-pns纳米复合材料的制备方法制备得到。

20、本申请制备的cu-pns纳米复合材料，采用黑鳞烯负载单质铜纳米粒子，黑鳞烯具有大的比表面积，良好的导电性和导热性，还能够有效提高单质铜纳米粒子的化学稳定性，保护其不被氧化，而单质铜纳米粒子复合黑鳞烯后，催化效率能够大幅提升，明显优于现有的金属氧化物纳米粒子；此外，黑鳞烯不仅可以抑制单质铜纳米粒子团聚，还可以提高复合材料的导热性能。

21、第三方面，本申请提供了上述cu-pns纳米复合材料，在催化含能材料热分解、生物医药、电化学和航空材料领域的应用。

22、可选的，所述含能材料包括高氯酸铵、炸药黑索今和/或六硝基六氮杂异戊兹烷，以及包含高氯酸铵、炸药黑索今和/或六硝基六氮杂异戊兹烷的复合含能材料。

23、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

24、1. 本申请设计了一种cu-pns纳米复合材料的制备方法，采用黑鳞烯分散液、铜盐、尿素和溶剂为原料，通过简单的加热反应和煅烧处理，制得了cu-pns纳米复合材料，制备时物相的形成、粒径的大小、形态均可以控制，且制得的cu-pns纳米复合材料催化活性较高。

25、2. 本申请的制备方法，使用的处理、加热和煅烧设备较为常规，不需要使用昂贵设备，制备成本低，工艺绿色环保，制备产率也相对较高。

26、3. 本申请制备的cu-pns纳米复合材料，采用黑鳞烯负载单质铜纳米粒子，黑鳞烯具有大的比表面积，良好的导电性和导热性，还能够有效提高单质铜纳米粒子的化学稳定性，保护其不被氧化，而单质铜纳米粒子复合黑鳞烯后，催化效率能够大幅提升，明显优于现有的金属氧化物纳米粒子；此外，黑鳞烯不仅可以抑制单质铜纳米粒子团聚，还可以提高复合材料的导热性能。

27、4. 本申请制备的纳米复合材料用途广泛，可用于含能材料、生物医药、电化学和航空材料等特殊需求，可以降低高氯酸铵、炸药黑索今和六硝基六氮杂异戊兹烷含能材料的高温分解温度，提高放热量。

技术特征：

1.一种cu-pns纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的cu-pns纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1，包括以下步骤：将黑鳞烯和无水醇溶剂混合，超声处理至黑鳞烯充分分散，制得黑鳞烯分散液。

3.根据权利要求1所述的cu-pns纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2，所述混合液中黑磷烯的浓度为1.0~10mg/ml。

4.根据权利要求1所述的cu-pns纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述铜盐、尿素、溶剂和黑磷烯分散液的投料比为0.1~5g：0.1~5g：5~50ml：5~50ml。

5.根据权利要求1所述的cu-pns纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述溶剂包含异丙醇，甲醇，乙醇，乙二醇和聚乙二醇中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的cu-pns纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述铜盐选自cu（no3）2的水合物、cu（ch3coo）2的水合物和cucl2的水合物中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的cu-pns纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述加热反应的温度为100~300℃，加热反应的时间为2~10h。

8.根据权利要求1所述的cu-pns纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述煅烧的温度为200~600℃，煅烧的时间为60~400min。

9.一种cu-pns纳米复合材料，其特征在于，所述cu-pns纳米复合材料中，cu和pns的质量比为0.001~：0.5：1~100，所述cu-pns纳米复合材料的比表面积为30m2/g以上。

10.一种权利要求9所述的cu-pns纳米复合材料，在催化含能材料热分解、生物医药、电化学和航空材料领域的应用。

技术总结本申请公开了一种Cu‑PNs纳米复合材料及其制备方法。一方面，本申请提供一种Cu‑PNs纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、制备黑鳞烯分散液；S2、将铜盐、尿素和溶剂，与步骤S1制得的黑磷烯分散液混合，得到混合液，加热反应，得到反应产物；S3、将步骤S2得到的反应产物，在保护气氛下煅烧，制得Cu‑PNs纳米复合材料。本申请还提供了上述Cu‑PNs纳米复合材料及其制备方法制得的纳米复合材料，以及该纳米复合材料的应用。本申请制备产率较高，制备的纳米材料粒径的大小、形态易于控制，同时催化效率较高。技术研发人员：李胜楠,王亚飞,苗春蕾,杨航,李宏受保护的技术使用者：北京七星华创微电子有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18